专利名称：生物样本的颜色管理的制作方法
技术领域：
在第一方面中，本发明涉及针对生物材料的图像确定颜色变换的方法。在第二方面中，本发明涉及在微生物学、组织学和病理学中使用的颜色管理方法。在第三方面中，本发明涉及在微生物学、组织学和病理学中使用的另一种颜色管理方法。本发明还涉及承载图像文件的数据载体。
背景技术：
在诸如微生物学、组织学和病理学的领域中，通常使用显微镜，特别是使用透射显微镜来研究包含诸如个体细胞或组织样本的生物物质的样本。通常对待成像的材料进行染色，以便增加其不同类型的组分之间的颜色对比度。在不进行染色的情况下，很难看到细胞形态学上的差异。苏木精(Hematoxylin)和曙红(H&E)是在组织学、病理学和微生物学中最常用的染色剂。苏木精使细胞核呈蓝色，而曙红使细胞质呈粉色。为了在显微镜下观察组织，利用一种或多种色素对各部分进行染色。存在用于有选择地对细胞和细胞成分染色的数以百计的各种特殊染色技术。用于对组织各部分着色的化合物包括番红、油红ο、刚果红、固绿FCF、银盐以及无数天然和人工染料，其通常来源于纺织工业中染料的发展。最近，使用了抗体来使特定的蛋白质、碳水化合物和脂质可视化。这被称为免疫组织化学，或者当染色剂是荧光分子时，被称为免疫荧光。该技术极大地提高了在显微镜下识别细胞种类的能力。其可以与其他先进的技术结合，诸如非放射性原位杂交，其利用可以用于免疫荧光和酶联荧光放大的荧光探头或标签来识别特异性DNA或RNA分子。荧光显微镜以及共焦显微镜用于探测荧光信号，所述荧光信号具有良好的细胞内细节。越来越多地使用数字相机来捕获组织学和组织病理学图像。一个问题在于，生物学家和病理学家常常习惯于按在其实验室中使用的某种染色方法来工作，并在解释由不同的染色方法得到的图像时遇到麻烦，这是由于不同的染色方法得到样本的不同颜色。例如，一位病理学家习惯于施加某一比例的H&E，而第二位病理学家使用另一比例的H&E。第二位病理学家还可能常规地使用H&E之外的染色方法。在这两种情况下，两位病理学家可能发现难于解释彼此的图像。T.Abe 等人[“Colour correction of pathological images based on dye amount quantification”，Optical Review 12,293-300(2005)]已经提出了针对经 H&E 染色的样本的病理图像进行颜色校正的方法，其中，使用比尔-郎伯特(Beer-Lambert)定律基于多谱成像技术来估计H&E染料的量。根据经调整的染料的量生成颜色图像。由此，能够将图像校正为任意或指定的最优染色条件图像。该文献还描述了使用颜色管理技术以针对计算机显示器和显微镜之间的差异校正病理图像。在数字成像系统中，颜色管理是各种设备的颜色表示之间受控的转换，所述设备诸如是图像扫描器、数字相机、监视器、TV屏幕、胶片打印机、计算机打印机、胶印机和相应
4媒介。颜色管理的主要目的是在不同设备之间获得良好的颜色匹配。例如，视频应当在计算机LCD监视器、等离子TV屏幕以及打印的视频帧上表现出相同的颜色。在设备能够呈现所需的颜色强度的情况下，颜色管理有助于在所有这些设备上实现相同的表现。由Abe等人提出的方法的缺点在于谱分析涉及相当大的实验量以及精密的仪器。 此外，对于应当如何使用该方法来将从H&E得到的颜色转换成从不同类型的染料得到的颜色并非显而易见。本发明的目的在于，在无需知道生物材料的制备方式的情况下，提供针对生物材料的图像确定颜色变换的方法。本发明的另一目的在于提供承载图像文件的数据载体，其允许以由第一制备方法得到的颜色或者以由第二制备方法得到的颜色交替地显示图像。通过独立权利要求的特征实现这些目的。在从属权利要求中概述了进一步的说明和优选实施例。
发明内容
根据本发明的第一方面，一种针对生物材料的图像确定颜色变换的方法，包括-使用第一制备方法制备第一组生物测试对象，所述组包括至少一个测试对象；-使用第二制备方法制备第二组生物测试对象，第二组测试对象中的每个测试对象对应于第一组测试对象中的相应物测试对象，测试对象和其相应物为相同生物类型的材料；-针对第一组测试对象中的每个测试对象，确定测试对象的颜色，从而生成第一组颜色；-针对第二组测试对象中的每个测试对象，确定测试对象的颜色，从而生成第二组颜色；-生成转换表，所述转换表指示第一组颜色中的颜色和第二组颜色中的对应颜色之间的映射。第一组测试对象和第二组测试对象的测试对象中的每个的颜色可以由测试对象的图像导出。例如，该图像可以是数字图像或摄影胶片上的图像。可以对第一组测试对象和第二组测试对象每组中的测试对象分立地成像，或者可以获得整个第一组测试对象和整个第二组测试对象的图像。还可能生成表征第一组测试对象和第二组测试对象两者的图像。第一制备方法和第二制备方法可以分别包括第一染色方法和第二染色方法。第一染色方法和/或第二染色方法可以具体包括采用苏木精和曙红或任何其他已知类型的染料。更一般而言，第一制备方法和第二制备方法可以包括除染色之外、在从天然生物材料开始制备测试对象时所需的任何附加步骤。所述方法可以包括制备包含第一组生物测试对象的第一样本，以及制备包含第二组生物测试对象的第二样本。所述样本可以是流体或固体，并且除了生物测试对象之外，所述样本还可能包含其他生物材料或嵌入材料。第一样本和第二样本可以布置在单个显微镜载片上，或者它们可以布置在分立的显微镜载片上。应当指出，并不需要将样本中包含的每种成分(例如每种组织样本或每个细胞)都用于确定转换表。这种未使用的成分均不视为是第一组生物测试对象或第二组生物测试对象的成员。所述方法可以包括通过第一染色方法对第一样本染色，以及通过第二染色方法对第二样本染色。就所涉及的染色剂的组成和/或浓度、施加的持续时间、或者影响所得到的图像的颜色的任何其他特征而言，第一染色方法可以不同于第二染色方法。所述方法可以包括创建包含生物材料的硬化块，其中，制备第一样本包括从硬化块切下第一切片，而制备第二样本包括从硬化块切下与第一切片平行的第二切片。由此可以创建两个非常相似的样本，这有助于比较其颜色。可以分别通过第一染色方法和通过第二染色方法对第一切片和第二切片染色。如果两个样本足够相似，可以通过执行对两个样本的数字图像的逐像素分析来确定颜色转换表。更具体而言，第一样本的图像的特定像素的颜色值可以结合第二样本的图像的对应像素的颜色值来存储。优选地，两种数字图像具有相同的格式(即相同数量的像素行和像素列)。还应当注意到，可以容易地产生多于两个相似的切片。可以另外单独处理各切片。具体而言，可以对每个切片应用特定的染色方法。 然后可以针对每种可能的样本对确定颜色变换。所述方法还可以包括确定第一切片的一组区域和第二切片的一组对应区域，从而使得第一切片的一组区域中的每个区域和其在第二切片的一组区域中的对应区域包括相同生物类型的材料，其中，第一切片的一组区域提供第一组测试对象，而第二切片的一组区域提供第二组测试对象。具体而言，第一切片的一组区域和第二切片的一组对应区域中的每个均可以根据点阵进行布置。由此，便于识别第一组测试对象和第二组测试对象。第一样本和第二样本可以分别包括组织样本的第一阵列和组织样本的第二阵列， 组织样本的第一阵列提供第一组测试对象，而组织样本的第二阵列提供第二组测试对象。 每个阵列可以具体包括不同类型的组织。例如，每个阵列可以包括乳房、肾脏和皮肤组织， 并且其可以包括健康组织和患病组织两者。在将组织包括在阵列中之前，病理学家可以识别该组织的类型。每个阵列可以位于单个基底上。因此可以使用相同的流程，同时对阵列中的所有组织样本染色。每个阵列可以具体是组织微阵列(TMA)。可以从石蜡块中制造TMA， 在石蜡块中嵌入若干类型的组织样本。然后可以分立地对石蜡块的第一切片和第二切片染色，并分别将其用作第一样本和第二样本。优选地，第一切片和第二切片就其结构而言实际上是相同的。根据不同的实施例，第一组测试对象的测试对象中的一个是第一细胞的细胞膜、 细胞壁、细胞质或细胞器，而其在第二组测试对象中的相应物测试对象分别为第二细胞的相似的细胞膜、细胞壁、细胞质或细胞器。因此可以根据两个或更多个相似细胞的相似组分的颜色来确定颜色转换表。所述方法还可以包括识别第一细胞的细胞膜、细胞壁、细胞质或细胞器；以及识别第二细胞的细胞膜、细胞壁、细胞质或细胞器。例如可以通过使用计算机程序分析第一细胞和第二细胞的图像来识别第一和第二细胞各自的成分，所述计算机程序正是为此目的编写的。计算机程序可以设计为确定图像中与细胞的特定成分对应的那些区域。有利的是由第一颜色空间中的矢量表示第一组颜色中的每种颜色，而由第二颜色空间中的矢量表示第二组颜色中的每种颜色。利用附加的颜色混合，颜色空间例如可以是红-绿-蓝(RGB)颜色空间，其具有作为其基础矢量的红、绿和蓝光谱颜色。备选地，可以使用减色混合。在这种情况下，颜色空间例如可以是青-洋红-黄-黑(CMYK)颜色空间。第一颜色空间和第二颜色空间可以是相同的。这允许以特别简单且精确的形式表示第一组颜色和第二组颜色之间的映射。
如果颜色空间的维度为N，例如熟知的三维RGB颜色空间(其中，N = 3)的情况下，所述方法可以包括在第一组颜色中选择N种颜色的第一子组，第二组颜色具有N种颜色的对应的第二子组；以及计算NXN矩阵，其将表示第一子组的颜色的N种颜色矢量映射到表示第二子组的颜色的对应的N种颜色矢量。给定了第一子组中的N种颜色以及第二子组中对应的N种颜色，可以通过针对其成分对线性系统求解来确定NXN变换矩阵。然后 NXN矩阵可以用于生成其转换表或转换表的部分。尽管不可能通过向整个第一组颜色应用NXN矩阵来足够准确地复制整个转换表，但可以通过向第一组颜色中足够小的子组应用NXN矩阵来足够准确地复制转换表的一部分，所述足够小的子组包括足够相似的颜色。根据本发明的第二方面的颜色管理方法包括执行根据本发明的第一方面的方法以生成转换表；制备包含生物材料的样本；生成样本的图像；以及根据转换表的指示变换样本的图像的颜色。为此，图像可以由像素阵列表示，每个像素具有特定的颜色。如果在表中指示了该颜色，则可以直接应用颜色变换。否则可能需要对转换表进行插值。根据本发明的第三方面的颜色管理方法包括执行根据本发明的第一方面的方法以生成转换表；制备包含生物材料的样本；生成样本的数字图像；以及向数据载体写入图像文件，所述图像文件包括数字图像和转换表。因此，原始图像连同转换数据一起进行了存储。用于在屏幕或打印机上显示图像的计算机程序可以按某种方式进行设计，使得其允许用户选择是以其原始颜色显示图像或者以其经变换的颜色显示。备选方法包括以图像的原始颜色及以其经变换的颜色两者存储图像。然而，与仅连同转换表一起存储原始图像数据相比，这可能需要更大量的存储量。所述方法还可以包括将图像文件从第一实验室传送到第二实验室。根据本发明的第四方面的数据载体承载由第一种方法制备的样本的数字图像，所述样本包括生物材料，并且转换表指示与制备样本的第一种方法相关联的一组颜色和与制备样本的第二种方法相关联的一组颜色之间的映射。如上所述，其允许图像文件的用户有选择地以图像的原始颜色观看图像，或者以其经转换的颜色观看图像。此外，与存储具有图像的原始颜色的图像以及具有经转换的颜色的图像两者所需要的存储量相比，减少了存储量。
图1示意性图示了第一组测试对象和对应的第二组测试对象，连同限定转换表的第一组颜色和第二组颜色的范例。图2以简化的方式图示了第一生物细胞的范例和相似的第二生物细胞的范例。图3以简化的方式图示了组织样本的第一阵列的范例和对应的组织样本的第二阵列的范例。图4是包含生物材料的硬化块的范例的简化表示。图5图示了从图4所示的块切下两条平行的薄切片之后的块。图6为根据本发明的第一方面的方法的范例的流程图。
具体实施例方式除非另有说明，否则在不同附图中出现的相同或相似的附图标记标示相同或相似
7的部件。图1示出了第一组生物测试对象100和第二组生物测试对象130。第一组测试对象包括五个测试对象101、102、103、104、105，而第二组测试对象包括五个测试对象131、 132、133、134、135。第一组测试对象100中的测试对象101-105中的每个均在第二组测试对象130中具有相应物测试对象。每个测试对象以及其各自的相应物是从相同类型的生物材料中导出的。就此意义而言，它们是相似的。测试对象101与测试对象131相似，测试对象102与测试对象132相似，测试对象103与测试对象133相似，依此类推。由第一种方法对第一组100中的测试对象101到105进行了染色，而由第二种方法对第二组130中的测试对象131到135进行了染色。因此第一组100中的测试对象101到105具有形成第一组颜色110的各自的颜色111到115，而第二组测试对象中的测试对象131到135具有形成第二组颜色120的各自的颜色121到125。颜色111到115的列表以及对应的颜色121到 125的列表一起形成指示第一组颜色110和第二组颜色120之间的映射的转换表140。转换表140将第一组110的颜色映射到第二组120的颜色，反之亦然。第一和第二组中的每种颜色可以例如由诸如RGB颜色空间的颜色空间中的矢量表示。应当注意到，测试对象的各组中的一组，例如第二组测试对象130，可以是标准化组的测试对象，其特征在于具有标准颜色121到125。为了限定第一组测试对象100和具有第三组颜色的第三组测试对象(未示出)之间的颜色变换，限定与第三组颜色到标准组颜色120相关的颜色变换较方便。然后，首先通过使用转换表140将第一染色方法的颜色变换到标准第二染色方法的颜色，并且之后从标准第二染色方法的颜色转换到第三染色方法的颜色，从而将第一染色方法的颜色转换到第三染色方法的颜色。通过使特定的染色方法的颜色与选定的标准染色方法的颜色相关，可以简化在不同实验室中工作的病理学家之间的合作。图2示出了第一细胞200和第二细胞230。细胞200、230中的每个均包括细胞膜 201、231，细胞质202、232以及各种细胞器。所示的细胞器为细胞核203、233，内质网205、 235以及线粒体204、206、234、236。第一细胞200是由第一染色方法染色的样本的一部分， 而第二细胞230是由第二染色方法染色的样本的一部分。因此，经染色的细胞200、230的颜色是不同的。分别将所示的第一细胞200的成分201到206以及所示的第二细胞230的成分231到236选择为第一组测试对象和第二组测试对象，以用于确定以上参考图1所描述的颜色转换。图3图示了组织样本301、302、303、...的第一阵列300，以及组织样本331、332、 333、···的第二阵列。在阵列300、330的每个中，根据矩形点阵布置组织样本。阵列300、 330中的每个总共包括16个组织样本，其中，在图中仅标示了样本301到306。组织阵列 300,330彼此相似，因为它们包括相同类型的生物组织。更具体而言，组织样本301与组织样本331具有相同的类型，组织样本302与组织样本332具有相同的类型，依此类推。因此， 阵列300和阵列330的对应区域填充有相同类型的组织。由第一染色方法对阵列300进行了染色，而由第二染色方法对阵列330进行了染色。在该范例中，第一阵列300中的组织样本301、302、303、. · ·以及第二阵列330中的对应组织样本331、332、333、. · ·分别形成了以上参考图1所描述的第一组100测试对象和第二组130测试对象。图4和5以简化的方式图示了产生一对相似样本400和430的方法，其能够有利地用于确定与第一染色方法和第二染色方法的颜色有关的颜色转换表。在第一步骤中，将生物材料嵌入到石蜡中。生物材料例如可以包括个体生物细胞或选自不同的组织样本。组织样本例如可以从人体的不同器官中获得并且包括健康组织和患病组织两者。组织样本可以根据以上参考图3所描述的点阵进行布置。石蜡硬化以形成包含生物材料的固体块490。 生物材料可以被具体布置为组织微阵列。在随后的步骤中，使用切片机(microtome)从固体块490切下第一切片400和相邻第二切片430。切片400、430足够�。佣舜吮局噬鲜窍嗤�。接下来，使用第一染色方法对第一切片400染色，而使用第二染色方法对第二切片 430染色。在本范例中，第一切片400的成分401、402、403提供第一组100测试对象，而第二切片430的相似成分431、432、433提供第二组130测试对象。确定颜色转换表，以便如以上参考图1所描述地将第一组测试对象的颜色映射到第二组测试对象的颜色。从块490 切下多于两个切片可能是有利的，例如以便针对不同对的染色方法生成颜色转换表。图6中的流程示了确定颜色转换表的方法，所述颜色转换表使与第一制备方法相关联的颜色和与第二制备方法相关联的颜色相关。在该方法中，使用第一制备方法制备第一组生物测试对象，而使用第二制备方法制备第二组生物测试对象。作为第一制备方法的一部分，使用第一染色方法对第一组测试对象的测试对象染色(步骤601)。作为第二制备方法的一部分，使用第二染色方法对第二组测试对象的测试对象染色(步骤60 。在随后步骤603、604中，测量第一组的测试对象的颜色和第二组的测试对象的颜色。在随后步骤605中，将第一组测试对象的测试对象的所测量到的颜色与第二组测试对象的测试对象的所测量到的颜色存储为列表，得到转换表。所述转换表存储在信息载体上。本申请中描述的任何步骤可以由计算机执行或控制。为此，数据载体可以承载用于令计算机执行或控制这些步骤的机器可读指令。尽管在附图和上述描述中详细图示和描述了本发明，但是应当将附图和说明视为示范性而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。在不脱离本发明的范围的情况下， 也可以实现以上未说明的等价物、组合和变型。“包括”一词及其派生词不排除在“包括”所指代的情况中存在其他步骤或元件。不定冠词“一”或“一个”不排除多个文章中所指代的对象。还应当注意到，单个单元可以提供权利要求中提及的若干器件的功能。在互不相同的从属权利要求中引用某些特征这一事实并不表明不可以有利地使用这些特征的组合。不应当将权利要求中的任何参考标记解释为限制范围。
权利要求
1.一种针对生物材料的图像确定颜色变换的方法，包括-使用第一制备方法制备第一组(100)生物测试对象(101-105)，所述组包括至少一个测试对象；-使用第二制备方法制备第二组(130)生物测试对象(131-135)，第二组(130)测试对象中的每个测试对象(131)对应于第一组(100)测试对象中的相应物测试对象(101)，所述测试对象和其相应物为相同生物类型的材料；-针对所述第一组测试对象中的每个测试对象(101)，确定所述测试对象的颜色 (111)，由此生成第一组(110)颜色(111-115)；-针对所述第二组测试对象中的每个测试对象(131)，确定所述测试对象的颜色 (121)，由此生成第二组(120)颜色(121-125)；-生成转换表(140)，所述转换表指示所述第一组(110)颜色中的颜色与所述第二组 (120)颜色中的对应颜色之间的映射。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一制备方法包括第一染色方法，而所述第二制备方法包括第二染色方法。
3.如权利要求1所述的方法，包括-制备包含所述第一组生物测试对象的第一样本；以及-制备包含所述第二组生物测试对象的第二样本。
4.如权利要求3所述的方法，包括-通过第一染色方法对所述第一样本染色；以及-通过第二染色方法对所述第二样本染色。
5.如权利要求3所述的方法，包括-创建包含生物材料的硬化块G90)；其中，制备所述第一样本包括从所述硬化块切下第一切片G00)，而制备所述第二样本包括从所述硬化块切下与所述第一切片平行的第二切片(430)。
6.如权利要求5所述的方法，包括-确定所述第一切片G00)的一组区域001、402、403)以及所述第二切片030)的一组对应区域031、432、433)，使得所述第一切片的所述一组区域中的每个区域001)和其在所述第二切片的所述一组区域中的对应区域(431)包括相同生物类型的材料，其中，所述第一切片的所述一组区域(401、402、40 提供所述第一组测试对象，而所述第二切片的所述一组区域(431、432、43；3)提供所述第二组测试对象。
7.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一样本包括组织样本(301-306)的第一阵列(300)，而所述第二样本包括组织样本(331-336)的第二阵列(330)，所述组织样本的第一阵列提供所述第一组测试对象，而所述组织样本的第二阵列提供所述第二组测试对象。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一组测试对象中的所述测试对象中的一个为第一细胞(200)的细胞膜(201)、细胞壁、细胞质(202)或细胞器003)，并且其在所述第二组测试对象中的相应物测试对象分别为第二细胞O30)的相似的细胞膜031)、细胞壁、 细胞质(232)或细胞器(233)。
9.如权利要求8所述的方法，还包括-识别所述第一细胞O00)的所述细胞膜001)、细胞壁、细胞质(202)或细胞器(203)；以及-识别所述第二细胞的所述细胞膜031)、细胞壁、细胞质(232)或细胞器033)。
10.如权利要求1所述的方法，包括-由第一颜色空间中的矢量表示所述第一组颜色(110)中的每种颜色(111)；以及 -由第二颜色空间中的矢量表示所述第二组颜色(120)中的每种颜色(121)。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一颜色空间和所述第二颜色空间是相同的。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述颜色空间的维度为N，并且所述方法包括-在所述第一组(110)颜色中选择含有N种颜色(111、112、11；3)的第一子组，所述第二组颜色(120)具有含有N种颜色(121、122、123)的对应第二子组；-计算NXN矩阵，所述NXN矩阵将表示所述第一子组中的所述颜色(111、112、113)的 N种颜色矢量映射到表示所述第二子组中的所述颜色(121、122、12；3)的N种对应颜色矢量。
13.—种在微生物学、组织学和病理学使用的颜色管理方法，包括 -执行如权利要求1所述的方法以生成转换表(140)；-制备包含生物材料的样本； -生成所述样本的图像；-根据所述转换表的指示变换所述样本的图像的颜色。
14.一种在微生物学、组织学和病理学使用的颜色管理方法，包括 -执行如权利要求1所述的方法以生成转换表(140)；-制备包含生物材料的样本； -生成所述样本的数字图像；-向数据载体写入图像文件，所述图像文件包括所述数字图像和所述转换表。
15.一种承载图像文件的数据载体，所述图像文件包括-包含生物材料的样本的数字图像，所述样本由第一种方法制备，以及 -转换表(140)，所述转换表指示与所述第一种方法相关联的一组颜色和与制备样本的第二种方法相关联的一组颜色之间的映射。
全文摘要
一种针对生物材料的图像确定颜色转换的方法，包括使用第一制备方法制备第一组(100)生物测试对象(101-105)，所述组包括至少一个测试对象；使用第二制备方法制备第二组(130)生物测试对象(131-135)，第二组测试对象中的每个测试对象(131)对应于第一组测试对象中的相应物测试对象(101)，测试对象和其相应物为相同生物类型的材料；针对第一组测试对象中的每个测试对象(101)，确定测试对象的颜色(111)，由此生成第一组(110)颜色(111-115)；针对第二组测试对象中的每个测试对象(131)，确定测试对象的颜色(121)，由此生成第二组(120)颜色(121-125)；生成转换表(140)，其指示第一组(110)颜色中的颜色与第二组(120)颜色中的颜色之间的映射。第一制备方法和第二制备方法可以分别包括第一染色方法和第二染色方法。在相关的方面中，图像文件包括包含生物材料的样本的数字图像，所述样本由第一种方法制备，以及转换表(140)，其指示与制备样本的第一种方法相关联的一组颜色和与制备样本的第二种方法相关联的一组颜色之间的映射。
文档编号G01N33/569GK102197305SQ200980141709
公开日2011年9月21日 申请日期2009年10月16日 优先权日2008年10月23日
发明者B·H·W·亨德里克斯, D·L·J·福森, E·M·H·P·范戴克, M·M·J·W·范赫佩恩, S·斯托林加 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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